Chimie organique Exercice 10 Page 1 sur 4
Corrigé exercice 10 A CIDITÉ ET BASICITÉ
1) On place les couples mis en jeu sur une échelle de p𝐾! ; le sens favorable de l’équilibre
correspond à la réaction de l’acide le plus fort avec la base la plus forte (espèces entourées ci-dessous).
a) (CH")"COH+K#,HO$⇌ (CH")"CO$,K#+ H%O 𝐾°! ≪ 1 (sens indirect favorable) sens favorable
Un alcoolate ne peut exister qu’à l’état de traces dans le solvant eau, c’est une base forte dans l’eau.
b) CH"OH+NH"⇌CH"O$+ NH&# 𝐾°' ≪ 1 (sens indirect favorable)
sens favorable
c) BuOH%#+ H%O ⇌ BuOH+H"O# 𝐾°( > 1 (sens direct favorable) sens favorable
Un alcool protonné ne peut exister qu’à l’état de traces dans le solvant eau, c’est un acide fort dans l’eau.
O
H2 HO
OH O
pKa _
_ 14
19
CH3O CH3OH
NH4 NH3
pKa _ 9
15 +
C4H9OH2 C4H9OH
H3O H2O pKa +
+
0 -2
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d) CH"CH%OH + A$, Li#⇌ CH"CH%O$, Li#+ AH 𝐾°)≫ 1 (sens direct favorable)
sens favorable
2) Dans cette question, il faut bien distinguer :
- l’alcool aliphatique (non aromatique), ici l’éthanol, de p𝐾! = 15,9 : dans l’alcoolate, la charge négative est localisée sur l’oxygène, c’est une base forte, semblable à l’ion hydroxyde HO$.
- le phénol et ses dérivés (alcools aromatiques). Dans ce cas, la charge négative de l’alcoolate est délocalisée vers le cycle par effet mésomère. Elle est donc moins forte sur l’oxygène, ce qui est un argument (parmi d’autres) qui interprète une basicité plus faible que celle de l’ion éthanolate :
Pour le paranitrophénol, l’effet est accentué par l’existence d’une formule mésomère supplémentaire très représentative :
La base conjuguée est donc particulièrement stabilisée par mésomérie, c’est ce couple qui a le p𝐾! le plus faible de la liste : 7,2.
C2H5OH C2H5O
N H
N
pKa _
_ 16
35
O _
ion Èthanolate charge localisÈe
base forte
O O O O
_
_
_ _
O
O N O
O
O N O
+ autres formes similaires
‡ celles du phÈnolate
_ + +
_ _
_
ion éthanolate charge localisée base forte
+ autres formules similaires à celles de l’ion phénolate
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En conclusion, les p𝐾! sont :
Remarque : on peut écrire aussi des formules mésomères sur le phénol et ses dérivés, mais il se crée des séparations de charge inverses à l’électronégativité, alors que ce n’est pas le cas quand on raisonne sur la base conjugué. C’est donc sur les phénolates que l’effet mésomère est le plus important.
3) À nouveau, il faut bien distinguer dans cette molécule les deux types de fonctions alcool : - le groupe OH situé sur le CH% est un alcool aliphatique (=non aromatique), de p𝐾! supérieur à 14 (les doublets non liants sur O ne sont pas conjugués avec les liaisons doubles du groupe phényle).
L’alcoolate est une base plus forte que HO$ ; on ne peut donc pas déprotonner cette fonction par la soude.
- le groupe OH connecté directement au groupe phényle : on retrouve un dérivé du phénol, alcool aromatique, de p𝑲𝒂 voisin de 10. Cet acide est donc déprotonné par la soude de manière quasi-totale et la base conjuguée peut exister en solution aqueuse.
On rappelle que la stabilité particulière de la fonction phénolate peut se justifier par la délocalisation de la charge négative par mésomérie :
4) Le catéchol peut donner des liaisons hydrogène intramoléculaires, mais cela a peu d’influence sur la stabilité de la forme acide (ne change pas le caractère +𝛿 de l’hydrogène non impliqué). Par contre, la base conjuguée est stabilisée par la liaison hydrogène intramoléculaire
(particulièrement intense avec les anions). Ceci peut constituer un argument pour interpréter la valeur plus basse du p𝐾!.
La base conjuguée de l’hydroquinone ne donne pas lieu à cet effet car les groupes hydroxyle sont trop éloignés.
OH
NO2 OH
C
H3 CH2 OH
15,9 10,0 7,2
OH O H
HO OH
O
O H2
B : + _
_ +
quasi totale
OH O
OH
O OH
O OH
O _
_ _
_
O O
H liaison hydrogËne intramolÈculaire
_ liaison hydrogène
intramoléculaire
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5) Cette série met en évidence l’effet inductif attracteur de l’atome de chlore.
L’atome de chlore étant plus électronégatif que l’atome d’hydrogène qu’il remplace, il attire à lui de la densité électronique ; cet effet se ressent le long de plusieurs liaisons, même s’il s’atténue avec la distance. Ici, il tend à renforcer la charge +𝛿 sur l’atome d’hydrogène acide, ce qui renforce son acidité :
L’effet sur la base conjuguée est encore plus net : en attirant les électrons, le chlore affaiblit quelque peu la charge négative portée par l’oxygène, ce qui diminue la basicité de l’alcoolate :
L’augmentation de l’acidité de la forme acide et la diminution de la basicité de la forme basique expliquent conjointement la valeur plus faible du p𝐾! du 2-chloroéthanol par rapport à l’éthanol.
L’effet s’accentue lorsqu’il y a deux atomes de chlore… mais ce ne serait plus vrai avec trois atomes de chlore ! Ceci montre la fragilité du raisonnement précédent, qui ne prend notamment pas en compte les effets de solvatation, qui ont pourtant une importance majeure.
